The Age of Nuclear Fusion Reactor :ยุคแห่งขุมพลังดวงอาทิตย์จากเตาปฏิกรณ์ฟิวชั่น !! (ตอนที่2)
จากความเดิมในตอนที่แรกที่เราได้พูดถึงเตาปฏิกรณ์ฟิวชั่นแบบ magnetic confinement fusion (MCF) กันแล้ว มาในบทความนี้เราจะพูดถึงระบบเตาปฏิกรณ์ฟิวชั่นอีกแบบหนึ่ง นั่นคือระบบ inertial confinement fusion (ICF) อย่างที่เคยเกริ่นไปแล้วนะครับว่าเตาปฏิกรณ์ฟิวชั่นแบบนี้มีหลักการง่ายๆคือแทนที่จะให้พลังงานพลาสม่าในสนามแม่เหล็ก พวกเขากลับเลือกใช้วิธีอัดเชื้อเพลิงอย่างก๊าซ deuterium และ tritium ไว้ในก้อนเชื้อเพลิงขนาดเล็กที่ถูกหุ้มด้วยโลหะหนักซึ่งโดยทั่วไปจะมีขนาดประมาณ 10 มิลลิกรัม ก่อนจะใช้เลเซอร์พลังสูงยิ่งอัดเข้าไปในก้อนเชื้อเพลิงเพื่อเพิ่มแรงกดดันจากคลื่นช๊อกและความร้อนที่มากพอจะจุดระเบิดปฏิกริยาฟิวชั่นขึ้นได้
ความร้อนที่เกิดจากปฏิกิริยาฟิวชั่นนี้จะถูกกักไว้ในอุปกรณ์กักเก็บความร้อนเพื่อนำไปแลกเปลี่ยนความร้อนกับน้ำแล้วนำไปปั่นกังหันเทอร์ไบน์ ผลิตกระแสไฟฟ้าออกมาในท้ายที่สุด
หลักการการทำงานของเตาปฏิกรณ์ฟิวชั่นแบบ ICF Cr.https://en.wikipedia.org/wiki/Inertial_confinement_fusion
ในปัจจุบันการใช้เลเซอร์แรงสูงสำหรับจุดระเบิดปฏิกิริยาฟิวชั่นนั่นสามารถทำได้สอบแบบคือ [1] วิธียิ่งลำแสงเลเซอร์ใส่ก้อนเชื้อเพลิงโดยตรง (the direct-drive approach methods) ซึ่งต้องอาศัยการยิงพลังงานลำแสงเข้าไปในมุมที่สมมาตรทุกจุดเพื่อให้เกิดแรงกดและการกระจายของความร้อนอย่างทั่วถึงในก้อนเชื้อเพลิง ให้เรานึกภาพเวลาบีบลูกโป่งให้มันยุบเข้าไปทุกๆด้านอย่างสม่ำเสมอเพื่อไม่ให้ด้านใดด้านหนึ่งปริออกมา แน่นอนว่าในทางปฏิบัติแล้วมักจะเป็นไปได้ยากที่จะทำให้พลังงานกระจายสม่ำเสมอเนื่องจากผิวก้อนเชื้อเพลิงที่ไดรับเลเซอร์โดยตรงจะสูญเสียพลังงานกว่าจะกระจายความร้อนไปถึงแกนกลางก้อนเชื้อเพลิง ปรากฏการณ์นี้มีชื่อเรียกว่า "Rayleigh-Taylor instability" ซึ่งทำให้ปฏิกิริยาฟิวชั่นที่เกิดต้องใช้พลังงานจำนวนมากกว่าปกติจากความไม่เสถียรนี้ ส่งผลให้ yield ของพลังงานที่ได้รับจากปฏิกิริยามีน้อยและไม่มีประสิทธิภาพในเชิงการผลิต
วิธีการให้พลังงานแก่ก่อนเชื้อเพลิงในเตาปฏิกรณ์ฟิวชั่น ICF ปัจจุบันมีสองวิธีคือdirect-drive approach methods และ indirect-drive approach methods
เพื่อแก้ปัญหานี้จึงมีการพัฒนาระบบให้พลังงานแบบที่ [2] คือวิธียิ่งลำแสงเลเซอร์ให้ก้อนเชื้อเพลิงทางอ้อม (the indirect-drive approach methods) เพื่อแก้ปัญหาความสมมาตรและการกระจายพลังงานที่สม่ำเสมอจึงมีแนวคิดในการให้พลังงานทางอ้อมด้วยการบรรจุเชื้อเพลิงภายในท่อดูดซัมพลังงานที่เรียกว่า "hohlraum" ที่จะรับพลังงานจากลำแสงเลเซอร์ก่อนแล้วแผ่พลังงานเข้าสู่ก้อนเชื้อเพลิงภายหลัง ซึ่งให้ผลดีในแง่เพิ่มความสามาตรของการกระจายพลังงานที่สม่ำเสมอกว่าวิธีแรก แต่ปัญหาคือตัวอุปกรณ์ hohlraum เองก็ทำให้สูญเสียพลังงานได้เช่นเดียวกัน
อุปกรณ์ hohlraum สำหรับดูดซัมพลังงานจากเลเซอร์แล้วกระจายให้ก้อนเชื้อเพลิงเพื่อเพิ่มความสมมาตรและกระกระจายพลังงานที่สม่ำเสมอ Cr. https://lasers.llnl.gov/science/icf
ในปัจจุบันเตาปฏิกรณ์ฟิวชั่น ICF แบบก้าวหน้าที่สุดที่กำลังมีการทดลองกันอยู่ที่ National Ignition Facility (NIF) ในห้องปฏิบัติการ Lawrence Livermore National Laboratory ของสหรัฐอเมริกา ซึ่งใช้วิธี indirect-drive method ด้วยการยิ่งลำแสงเลเซอร์กว่า 200 beam line เข้าสู่ hohlraum โดยจากการทดลองพบว่าลำแสงเลเซอร์จะสูญเสียพลังงานไปประมาณ 15% ที่บริเวณผิวก้อนเชื้อเพลิง ถึงแม้ว่าจะได้ผลการทดลองที่น่าพอใจในระดับหนึ่ง แต่ก็ยังมีการทดลองเพิ่มเติมเพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพให้ดีขึ้นอยู่เรื่อยๆ
เครื่องปฏิกรณ์ ICF แบบก้าวหน้าที่สุดแห่งหนึ่งของโลกกำลังทดลองอยู่ที่ในห้องปฏิบัติการ Lawrence Livermore National Laboratory ในศูนย์ National Ignition Facility (NIF) Cr. https://lasers.llnl.gov/science/icf/how-icf-works
ห้องปฏิบัติการอีกทีหนึ่งที่มีการทดลองเรื่องนี้คือ Z-Machine ที่ห้องปฏิบัติการ Sandia National Laboratories โดยเจ้า Z-Machine มีความแตกต่างจากเตาปฏิกรณ์ของ NIF คือใช้คลื่นพัลส์ไฟฟ้าให้พลังงานแทนที่จะใช้เลเซอร์เพื่อให้ความร้อนแก่ hohlraum โดยคลื่นพัลส์ที่ได้จากมันถือเป็นคลื่นพลังงานแรงสูงมากที่สุดในโลกชนิดหนึ่งเท่าที่เคยสร้างกันมา โดยลำคลื่นพัลส์ของกระแสไฟฟ้าจาก Z-Machine จะแผ่ทั่วสนามแม่เหล็กแรงสูงในเตาปฏิกรณ์ก่อนถ่ายโอนพลังงานจากพัลส์ให้ hohlraum อีกทีหนึ่งและปัจจุบันกำลังมีการปรับปรุงประสิทธิภาพอยู่อย่างต่อเนื่อง
เตาปฏิกรณ์แบบ Z-Machine ที่ห้องปฏิบัติการ Sandia National Laboratories
แน่นอนว่าตัวอย่างเตาปฏิกรณ์ที่กล่าวมาข้างต้นล้วนอยู่ในสังกัดหน่วยงานรัฐบาล อีกทั้งยังเป็นแค่ระดับการทดลองในห้องปฏิบัติการยังไม่มีแนวคิดที่จะนำไปใช้ในเชิงพานิชย์ คำถามคือในภาคเอกชนมีการพัฒนาเตาปฏิกรณ์ ICF ขึ้นมามั้ย คำตอบคือมีครับ ตัวอย่างบริษัทที่เป็นผู้นำด้านธุรกิจนี้คือ " General Fusion" บริษัท start up ด้านพลังงานสัญชาติแคนาดาที่ก่อตั้งในปี ค.ศ. 2015 โดยผู้ให้เงินทุนหลักคือ Jeff Bezos มหาเศรษฐีเจ้าของ Amazon แล ะกองทุน Canada's Strategic Innovation Fund ซึ่งปัจจุบันมีเงินทุนตั้งต้นประมาณ 6,000 ล้านบาท ซึ่งเรียกได้ว่าต่างกันมากเมื่อเทียบกับโครงการเตาปฏิกรณ์ของ ITER ที่มีมูลค่าเกือบ 800,000 ล้านบาท!!!!!
เตาปฏิกรณ์แบบ ICF ลูกผสมของบริษัท start up ด้านพลังงานสัญชาติแคนาดาอย่าง General Fusion ที่เป็นดาวรุ่งในเชิงพานิชย์ของธุรกิจด้านนี้
ปัจจุบัน General Fusion กำลังทดสอบเตาปฏกรณ์ซึ่งมีหลักการทำงานคร่าวๆคือ จะใช้แสงเลเซอร์จุดระเบิดก้อนเชื้อเพลิง deuterium และ tritium จากนั้นก๊าซร้อนที่เกิดขึ้นจะถูกกักไว้ในอุปกรณ์รูปทรงประหลาดๆคล้ายตัวเม่นซึ่งแท้จริงแล้วมันคือลูกสูบสำหรับอัดโลหะเหลวเพื่อบีบอัดก๊าซร้อนจากปฏิกิริยาฟิวชั่น แล้วโลหะเหลวที่ได้รับความร้อนอุณหภูมิประมาณ 6,000 องศาเซลเซียสจะถูกนำไปแลกเปลี่ยนความร้อนกับน้ำซึ่งจะนำไปใช้ปั่นกังหันเทอร์ไบน์ผลิตพลังงานอีกทีหนึ่ง โดยทางบริษัทประเมินว่าพวกเขาสามารถใช้หลักการนี้สร้างเตาปฏิกรณ์ที่ผลิตกระแสไฟฟ้าได้ประมาณ 100-200 MW (พอๆกับกำลังการผลิตโรงไฟฟ้าถ่านหินขนาดกลาง)
ในปัจจุบันบริษัทกำลังทดสอบเครื่อปฎิกรณ์ต้นแบบขนาด 12 ลูกสูบ ซึ่งผลลัพธ์ที่ได้ก็ค่อนข้างน่าประทับใจ และกำลังสร้างเครื่องต้นแบบในเชิงพานิชย์เครื่องแรกออกมาเร็วๆนี้ โดยคาดว่ามันจะสามารถใช้งานได้จริงภายในปี ค.ศ. 2030 ซึ่งส่วนตัวผู้เขียนเองมองว่าเตาปฏิกรณ์แบบนี้มีีความเป็นไปได้ในการใช้งานจริงมากกว่าเตาปฏิกรณ์ของ ITER หรือ NIF ที่ยังมีปัญหาเรื่องการกักเก็บพลังงานและต้นทุนการสร้างที่สูงกว่ามากด้วย นี้หล่ะครับผลงานความทุ่มเทของบริษัท General Fusion ที่น่าจับตามองอย่างยิ่ง
อ้างอิง
- 9
โฆษณา
- ดาวน์โหลดแอปพลิเคชัน
- © 2024 Blockdit
